28、基于模糊逻辑的无线传感器网络节能聚类方法

基于模糊逻辑的无线传感器网络节能聚类方法

1. 引言

无线传感器网络（WSN）是一种无基础设施的网络，在研究领域存在诸多挑战。它由成百上千个微小的传感器节点组成，这些节点电池电量有限、内存小且处理单元简单。借助无线电收发器，节点可在射频范围内直接通信，对于超出范围的节点则采用多跳通信。传感器节点用于收集环境数据，如湿度、压力和温度等，并将数据发送到基站进行处理，基站充当用户与网络的接口。

无线传感器网络存在一些重要的设计问题，如节能、容错、可扩展性、网络拓扑和传输模式等。由于其无基础设施的架构和电池容量有限（多数情况下不可更换或充电），高效节能成为主要设计问题。聚类是有效管理能耗的技术之一，通过将节点分组形成独立的簇，并选一个节点作为簇头（CH），簇头负责聚合成员节点的数据并发送到基站。这种分层结构减少了数据量和簇内通信距离，从而延长了网络寿命。

簇头的选择对延长网络寿命至关重要，已有多种方法用于簇头选择，如遗传算法、粒子群优化和模糊逻辑等。模糊逻辑充分利用节点的特性和网络的不确定性来选择簇头。本文提出一种基于模糊逻辑的聚类方法，考虑到基站的距离、节点剩余能量、节点密度、簇内通信距离、簇头剩余能量和簇头密度等模糊输入，分两个阶段进行聚类：首先根据到基站的距离、节点剩余能量和节点密度选择簇头，然后非簇头节点根据到簇头的距离、簇头剩余能量和簇头密度选择加入的簇。该方法与随机选择簇头的LEACH协议相比，能更好地实现负载均衡，延长节点寿命。

2. 相关研究综述

聚类在无线传感器网络中用于延长网络寿命，但也面临着高效节能、负载均衡、容错和可扩展性等挑战。以下是一些常见的聚类协议：
- LEACH ：采用概率方